[发明专利]一种多关节机械臂平面蛇形轨迹运动的逆运动学求解方法

摘要

本发明提供了一种多关节机械臂平面蛇形轨迹运动的逆运动学求解方法。该轨迹包含三种不同过程的轨迹，第一阶段为基座配合机械臂向前按照预定轨迹避开障碍到达指定位置；第二阶段为基座固定，机械臂在指定位置完成上下移动完成相应的工作；第三阶段为机械臂完成相应工作后，基座配合机械臂收回到最初位置。在各个阶段中，在给定机械臂末端位置和姿态的情况下，推导出该机械臂各个关节位置的几何表达式，再通过一系列化简求解的方法，求得该多关节机械臂按给定的轨迹运动的运动学逆解。本发明能够在给定机械臂各关节参数和所需运动轨迹的情况下迅速的求出运动学逆解，进而对机械臂的运动进行控制。

主权项

1.一种多关节机械臂平面蛇形轨迹运动的逆运动学求解方法，其特征在于该方法具体是：输入机械臂的关节参数：测量关节数量n，机械臂的长度、每个关节的最大转角和各关节间间距；确定机械臂运动的目标轨迹和目标位置：确定基座前进过程中机械臂的运动轨迹，基座固定过程中机械臂末端的目标位置和姿态；基座前进过程：机械臂各关节末端沿着所给定的轨迹y＝f(x)运动时，使第i关节跟随第i+1关节运动；当基座向前运动距离xs满足条件0将其代入轨迹方程yn(θn)‑f(xn(θn))＝0中，利用数值方法二分法求解出θn的值；当基座向前运动距离xs满足条件(k‑1)×ld由式求得，v(t)表示基座的运动速度；再同样通过利用数值方法二分法求解方程y_n(θ_n)‑f(x_n(θ_n))＝0来求出θ_n的值，从而完成了整个基座前进过程的逆运动学求解；基座固定过程：当基座前进至指定工作空间后，基座固定，机械臂开始工作，这时需要针对基座固定时最末端关节的上下位移运动进行逆运动学求解，当为了运动到某一位置需要调整第k关节到第n关节的位置时，将第n‑1、n‑2、…、k+1关节看成一个关节，并保持θn‑1、θn‑2、…、θk+2的值不变，即：θj＝θjo，其中θjo表示各关节的初始角度；问题就简化为了对两关节的逆运动学求解问题；求解出来之后，再根据各关节的几何关节，就能解出θk、θk+1和θn的值；就得到了整个机械臂的逆运动学解；基座后退过程当基座后退距离xs满足条件0求得：再用相同的方式，求得：当基座后退距离xs满足条件(k‑1)×l